Вблизи лунной поверхности двигатель выключался, срез его сопла разворачивался, и из плоской пружинной ленты образовывался трубчатый щуп. (На мой взгляд — просто гениальное техническое решение). Соприкасаясь с поверхностью, щуп выдавал сигнал на отстрел спускаемого аппарата с баллонами. При этом практически разрывалась связь со станцией, а отделение происходило за счет силы упругости первоначально прижатых к опоре станции баллонов.
Схема мягкой посадки станции Е-6.
После успокоения АЛС на поверхности Луны баллоны сбрасывались при помощи подрыва пиропатрона. (См. д.ф. 'Космический аппарат 'Луна-9' https://youtu.be/r4W8JT0bxus?t=441)
Необходимо было перед сеансом торможения с помощью оптических средств автономной системы управления обеспечить ориентацию аппарата и выставить его по направлению лунной вертикали, определить момент начала торможения и так регулировать тягу двигателя, чтобы уменьшить скорость практически до нулевой непосредственно перед касанием поверхности. В состав специальной оптической системы астронавигации и ориентации входило пять групп датчиков: две земных, две лунных и один солнечный датчик. Измерение расстояния до Луны осуществлялось радиовысотомером для определения момента включения тормозного двигателя.
Конструкция станции Е-6
Чтобы уменьшить потребное для торможения количество топлива, решено было отказаться от унификации корпуса с более тяжёлой станцией МВ. В конструкции АМС для облегчения были предусмотрены оригинальные конструктивные решения. Силовой основой корпуса был каркас тормозной двигательной установки. Верхний торец бака окислителя выполнили как точно обработанную плату, на которой устанавливалась гироплатформа, разработанная в НИИ-885. Она закрывалась герметическим корпусом, на котором сверху крепился ложемент для сбрасываемой автоматической лунной станции.
Она имела овально-сужающуюся форму, немного отличающуюся от сферической. В нижней части корпуса монтировалась система терморегулирования, состоявшая из бака с водой, пироклапана, клапана-испарителя, вентилятора и системы трубопроводов.
После посадки на Луну происходил подрыв пироклапана, включалась водяная испарительная система и начинал работать вентилятор, который обеспечивал передачу тепла от прибора к газу. Клапан-испаритель являлся чувствительным элементом системы, регулятором подачи воды и испарителем. Вода поступала к нему из бака под давлением и тем интенсивнее, чем выше была температура клапана. В клапане она испарялась и отнимала тепло от газа, продуваемого через клапан.
На систему терморегулирования ставилась стойка с телерадиоаппаратурой, скомпонованной в форме цилиндра. Источником питания служили аккумуляторы.
Стойка с аппаратурой приборного отсека АЛС Е-6
Сверху корпус АЛС закрывали 4 широких раскрывающихся лепестка, служивших заодно передающей антенной. Из-за этого пришлось отказаться от напрашивавшейся идеи установить на внутренней поверхности лепестков солнечные батареи. Для приёма команд использовались раскрывающиеся штыревые антенны.
Разработчики предложили облицевать солнечными батареями верхнюю полусферическую внутреннюю поверхности АЛС, превратив его в 'гранёный шарик' (АИ). Площадь поверхности была невелика, но подпитка от солнечных батарей могла продлить ресурс аккумуляторов. При обсуждении возник вопрос: имеет ли смысл продлевать ресурс в принципе неподвижного аппарата, усложняя конструкцию, если он всё равно сможет передать только панораму микрорельефа вокруг себя. Решающим аргументом послужила возможность съёмки при различных направлениях освещения, после чего, сравнивая одни и те же фрагменты сделанных в разное время снимков, можно получить больше информации, чем из анализа двух-трёх панорам, снятых сразу после посадки.
В центре верхней части корпуса АЛС устанавливалась фототелевизионная установка 'Волга' в виде спаренных цилиндров, разработанная в НИИ-380 (ВНИИТ). Она обеспечивала круговой панорамный обзор за счёт поворота. Главным конструктором ТВ-аппаратуры 'Волга' был Борис Иванович Баранов, зам.главного конструктора — Михаил Наумович Товбин.
При разработке ФТУ учитывались особенности лунного ландшафта. Его изображение неподвижно. Только тени от неровностей поверхности относительно медленно меняют свою длину в зависимости от высоты Солнца. Продолжительность дня на Луне составляет почти 15 земных суток, и поэтому высота Солнца изменяется лишь на полградуса в час. Практически можно говорить о передаче неподвижного изображения.
При разработке фототелевизионной установки учитывалось, что при отсутствии атмосферы падающий поток солнечного света достигает поверхности Луны без поглощения. Однако, широкий диапазон возможных яркостей деталей на поверхности Луны, незнание характеристик отражения света, определяемых микрорельефом, и возможность посадки станции в различных условиях создавали значительную неопределенность. К тому же отраженный от поверхности Луны световой поток сильно зависит от высоты Солнца и направления наблюдения.
По расчётам, оптимальный температурный режим для аккумуляторов станции обеспечивался ранним лунным утром, с учётом продолжительности лунного дня, составляющей две недели. При разработке ФТУ приходилось учитывать малую высоту Солнца над горизонтом и немалую вероятность попадания станции в углубление на лунной поверхности, где следовало ожидать очень низкую освещенность.
Исходя из этих условий, была выбрана конструкция фототелевизионной установки с оптико-механическим сканированием, в которой качание сканирующего устройства осуществлялось кулачковым механизмом. В отличие от электронных телевизионных систем, медленно действующая оптико-механическая система не способна передать динамическое изображение, но для передачи неподвижной панорамы лунной поверхности это не являлось недостатком. Телекамера была выполнена в виде вращающегося вертикального цилиндра, частично утопленного в корпусе станции. Время передачи полной круговой панорамы составляло 100 минут, аналоговое изображение не записывалось на какие-либо носители и передавалось сразу на Землю, по принципу фототелеграфа. Был предусмотрен также ускоренный режим передачи при быстром повороте камеры в прямом и обратном направлении. Время 'быстрого' оборота составляло 20 минут.
Был также предусмотрен третий, служебный режим, не для получения изображения, а для оперативного выбора необходимого сектора панорамы по наблюдению видеосигнала. Включение этого режима работы допускалось и в моменты передачи телеметрической информации. При этом вообще не терялось времени на выбор места панорамы, интересующего наблюдателей.
(Подробнее о конструкции и разработке ФТУ http://www.kik-sssr.ru/AMS_E-6.htm)
Основание станции и механизм её лепестков выполнили так, что при их открытии вертикальная ось АЛС, и ось телевизионной камеры на достаточно ровной горизонтальной поверхности наклонены примерно на 16R к местной вертикали. Эта характерная деталь видна на всех изображениях станции Е-6, т. е. она не лежит на камне или неровности — так было задумано.
16-градусный наклон обеспечивал попадание в поле зрения камеры одного из близлежащих участков лунной поверхности и создавал благоприятные условия для передачи изображения микрорельефа с минимального расстояния от камеры. (Такой участок с наилучшим разрешением на поверхности располагается в восточном секторе участка лунной поверхности, наблюдавшегося со станции 'Луна-9').
По переданным с Луны изображениям видно, что вертикальный угол обзора был выбран почти оптимально. Изображения получились достаточно высокого качества, учитывая уровень техники и сложные условия освещения, на них видны миллиметровые детали микрорельефа и общая структура ландшафта.
Разработка станции Е-6 ещё продолжалась, а в ОКБ-1, в ОКБ-301 и на космодроме готовились к запускам автоматических межпланетных станций к Венере и Марсу. Хрущёв настоял на отмене февральских пусков 1961 года, ставших неудачными из-за очень малого времени, отведённого на отработку АМС. Вместо этого несколько экземпляров станций 2МВ 'Зонд', уже неплохо зарекомендовавшую себя при полёте к Марсу, передали на дополнительные стендовые испытания. Аппараты немилосердно трясли и гоняли во всех режимах, выявляя все возможные неполадки. Как раз пригодился прогресс холодильной техники — в испытательных камерах создавалась низкая температура, соответствующая условиям межпланетного пространства.
Особое внимание уделялось отработке верхних ступеней ракеты-носителя — блоков 'И' и 'Л'. Их испытывали и регулярно проверяли в ходе запусков фоторазведчиков 'Зенит' и спутников-телеретрансляторов 'Молния'. Основная проблема заключалась в том, что старт к Луне, Марсу, Венере и на вытянутую орбиту 'Молния' происходил над Гвинейским заливом, в конце первого витка АМС вокруг Земли, когда разгонный блок и сам аппарат уже успевали остыть. Помимо экстремального утепления всех систем, приходилось ещё и держать в заливе судно управления из состава 'космического флота' Контрольно-измерительного комплекса.
Спускаемый аппарат 'венерианской' станции делали у Бабакина в ОКБ-301, используя наработки по батискафу, спускавшемуся в Марианскую впадину (АИ, см. гл. 05-02). Удачная идея адмирала Кузнецова — совместить отработку гондолы батискафа и спускаемого аппарата для посадки на Венеру, обернулась успешным созданием АМС уже к середине 1961 года. До августа 1962 года шли испытания и доводка целевой аппаратуры, после чего три АМС — основная и две запасные — были доставлены на космодром.
Сама АМС была близка по конструкции к станциям 'Зонд-3' и 'Зонд-4', запущенным к Марсу осенью 1960-го. Основные различия были внутри, в системе управления, где уже была применена восьмибитная БЦВМ УМ-2К на процессоре 6502, вместо УМ-К на 4004, которыми оснащались первые марсианские 'Зонды' (АИ).
В конструкции АМС получили 'постоянную прописку' ионные двигатели ориентации. Величина солнечной инсоляции вблизи Венеры была намного больше, чем на орбите Марса, и её хватало для питания ионников, аппаратуры АМС и системы терморегуляции. Поэтому из АМС убрали тяжёлый полониевый РИТЭГ и поставили баллоны с рабочим телом для ионных двигателей.
При разработке спускаемого аппарата приходилось учитывать сложнейшие условия на поверхности Венеры — температура до 500 градусов Цельсия и давление около 100 атмосфер. Посадку предполагалось осуществить примерно в центре видимого диска планеты, для оптимальных условий радиосвязи со спускаемым аппаратом, антенна которого имела относительно узкую диаграмму направленности и при спуске практически смотрела в зенит. Из-за этого угол входа в атмосферу планеты при подлёте к ней станции получался около 62-65R относительно местного горизонта.
При скорости входа в атмосферу более 11 км/с такой угол входа приводил к большим перегрузкам, доходящим до 450 g. Поэтому приходилось разрабатывать прочный корпус диаметром около 1 метра, и аппаратуру, способные выдерживать сильнейшие перегрузки.
(См. Попов Е.И. 'Спускаемые аппараты' http://www.astronaut.ru/bookcase/books/popov02/popov02.htm)
"
Автоматическая межпланетная станция 2МВ-1 для посадки на поверхность планеты Венера
1. Герметичный орбитальный отсек
2. Спускаемый аппарат
3. Корректирующая двигательная установка
4. Солнечные батареи
5. Радиаторы системы терморегулирования
6. Остронаправленная параболическая антенна
7. Малонаправленные антенны
8. Антенна проверки спускаемого аппарата
9. Передающая антенна метрового диапазона
10. Приемная антенна метрового диапазона
11. Всенаправленная антенна аварийной радиолинии
12. Антенны для приземного участка
13. Датчик ориентации на Землю
14. Датчики научной аппаратуры
15. Датчик точной солнечной и звездной ориентации с защитной крышкой
16. Блоки аварийной радиолинии
17. Датчик постоянной солнечной ориентации
18. Сопловые аппараты
19. Баллоны со сжатым азотом для системы ориентации
20. Датчики контроля солнечной ориентации
Ещё одна проблема заключалась в том, что освещённая сторона поверхности Венеры практически не видна с Земли. Поэтому или надо было садиться на ночную сторону, где невозможно будет получить изображение из-за слабой освещённости, или садиться на освещённую сторону и передавать данные через орбитальный ретранслятор.
Запуск станции к Венере планировался носителем 'Союз-2.3', более мощным, чем Р-7 модификации 8К78 'Молния', но некоторые ограничения накладывала сама конструкция станции. Королёв, проанализировав по 'документам 2012' множественные неудачи ранних запусков по программе 'Венера', предложил Бабакину изменить конструкцию и делать спускаемый аппарат по принципу 'шар в шаре'.
Спускаемый аппарат, сделанный по образцу СА станции 'Венера-10':
1 — парашют; 2 — научная аппаратура, работающая в атмосфере в облачном слое;
3 — телефотометр; 4 — прочный корпус; 5 — теплозащита;
6 — демпфер; 7 — посадочное устройство; 8 — теплозащитный корпус;
9 — тормозной щиток; 10 — антенна
Первоначальный спускаемый аппарат, названный посадочным, установили на посадочное шасси из свёрнутой в кольцо трубы, чтобы исключить опрокидывание при посадке. Поверх его надели шар с теплозащитным покрытием, получив в результате новый спускаемый аппарат значительно больших размеров. Диаметр шара составил 2,4 м, он состоял из двух полусфер, верхней и нижней, разделяющихся при подрыве пиропатронов. Для лучшей стабилизации был предусмотрен тормозной щиток, укреплённый над толстостенным шаром посадочного аппарата.
Шар большого диаметра не помещался между солнечными батареями станции 2МВ, рассчитанной на спускаемый аппарат метрового диаметра. Делать новую станцию и снова испытывать все её системы было некогда, поэтому в конструкцию уже испытанной АМС 2МВ ввели дополнительный переходный отсек. Внутри расположили топливный бак, а к оболочке закрепили солнечные батареи и силовой шпангоут для крепления спускаемого аппарата (АИ).
Разделение спускаемого аппарата со служебным модулем АМС предполагалось за двое суток до входа в атмосферу. Это позволяло перевести служебный модуль на орбиту планеты, чему очень поспособствовал увеличенный запас топлива (По этой схеме летали более тяжёлые и поздние АМС 'Венера-9' и 'Венера-10'). Такое решение сразу упрощало конструкцию.
Использование станции в качестве ретранслятора позволяло значительно уменьшить требования к прочностным характеристикам спускаемого аппарата, поскольку уже не нужно было сажать его именно в центр диска планеты, обращенного к Земле.
За счёт этого стало возможным значительно уменьшить угол входа в атмосферу. Предельно малые углы входа из-за допустимых отклонений траектории от расчетной исключались, так как ещё не изученная атмосфера в этом случае может и не захватить аппарат. В качестве расчётных для станций 'Венера' были приняты углы входа 20-23R. При этом максимальные перегрузки уменьшились с 450 до 170 g.
Теперь спускаемый аппарат можно было сажать практически в любую точку планеты, даже на её обратную сторону, не видимую с Земли. Радиосигналы со спускаемого аппарата принимались космическим аппаратом на орбите планеты и ретранслировались на Землю через остронаправленную антенну. Информация могла также записываться на борту станции, а затем уже по мере надобности многократно воспроизводиться и передаваться на Землю.
